橋梁抗震設(shè)計基本要求

1、第二章 橋梁抗震設(shè)計基本要求主要內(nèi)容：橋梁抗震設(shè)計基本原則、橋梁抗震設(shè)計流程，橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、地震動輸入的選擇、橋梁抗震概念設(shè)計。基本要求：掌握橋梁抗震設(shè)計基本原則、理解和掌握橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、掌握地震動輸入的選擇要求、掌握橋梁抗震概念設(shè)計基本原則。重 點(diǎn)：橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的確定、地震動輸入的選擇和橋梁抗震概念設(shè)計。難 點(diǎn)：橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的確定。最近二三十年來，全球發(fā)生的對此破壞性地震造成了非常慘重的生命財產(chǎn)損失。一個很重要的原因是，橋梁工程在地震中遭到了嚴(yán)重破壞，切斷了震區(qū)交通生命線，造成救災(zāi)工作的巨大困難，使次生災(zāi)害加重，從而導(dǎo)致了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。多次破壞性地震一再顯示了橋梁工程遭到破

2、壞的嚴(yán)重后果，也一再顯示了橋梁工程進(jìn)行正確抗震設(shè)計的重要性。自從1976年唐山地震以后，我國的橋梁抗震工作也日益受到重視。最近幾年來，我國的鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范、公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則以及城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范先后得到了修訂或編制完成。這些規(guī)范引入了新的橋梁抗震設(shè)計理念，完善了相應(yīng)的抗震設(shè)計方法，是我國橋梁設(shè)計的依據(jù)。2.1 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)防目標(biāo)（課件）2.1.1 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)工程抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是指根據(jù)地震動背景，為保證工程結(jié)構(gòu)在壽命期內(nèi)的地震損失（經(jīng)濟(jì)損失及人員損失）不超過規(guī)定的水平或社會可接受的水平，規(guī)定工程結(jié)構(gòu)必須具備的抗震能力。因此，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是工程項目進(jìn)行抗震設(shè)計的準(zhǔn)則，也是工程抗震設(shè)

3、計中需要解決的首要問題。通常情況下，建設(shè)工程從選址到使用壽期內(nèi)的防震措施可分為三個階段：抗震設(shè)計、保證施工質(zhì)量與合理的維護(hù)保養(yǎng)。其中，抗震設(shè)計要遵從一定的標(biāo)準(zhǔn)，這就是抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。它包括抗震設(shè)防目標(biāo)、工程設(shè)防類別、設(shè)防地震和場地選擇等內(nèi)容?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是科學(xué)性和政策性（或社會性）的結(jié)合?？茖W(xué)性就是要嚴(yán)格按照現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行工程場地地震安全性評價工作，是的評價結(jié)果較好地符合實(shí)際，具有較好的可重復(fù)性。政策性則要考慮到工程類型、重要程度、投資強(qiáng)度風(fēng)險程度等。我國還屬于發(fā)展中國家，財力物力有限。國家總的防災(zāi)政策決定了抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不宜過高。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)地發(fā)展，以及人們放在意識的加強(qiáng)

4、，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)也在逐漸提高?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)工程設(shè)防類別系指根據(jù)工程結(jié)構(gòu)遭遇地震破壞后可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響程度，以及在抗震救災(zāi)中的作用，對其所做的抗震重要性類別劃分。一般分為四類，也有的行業(yè)工程分為二類或三類?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防地震系指針對不同重要性類別的工程，采用特定安全水準(zhǔn)的地震作用強(qiáng)度，常以一定概率水平下的地震烈度或地震動參數(shù)來表達(dá)。在現(xiàn)行的多種抗震設(shè)計規(guī)范中稱為“設(shè)防烈度”?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)系指工程結(jié)構(gòu)通過抗震設(shè)計所達(dá)到的宏觀抗震目標(biāo)。設(shè)防目標(biāo)同設(shè)計方法有關(guān)。比如，對于建筑來說是三級設(shè)防，其目標(biāo)可簡述為“小震不壞、中震可修、大震不倒”。抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)場地選擇系指在地震區(qū)選擇建設(shè)

5、場地時，宜選擇有利地段，避開不利地段，當(dāng)無法避開時應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?。這是經(jīng)濟(jì)合理的抗震設(shè)防前提，往往比其他抗震措施的作用還大。因為，地震對建設(shè)工程的破壞，除地震動引起工程結(jié)構(gòu)的破壞外，還有場地條件的因素，諸如地震引起的地表錯動與地裂，地基土的不均勻沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。對有利，不利和危險地段的劃分，應(yīng)按地震活動性、構(gòu)造活動性，邊坡穩(wěn)定性和場地地基條件等進(jìn)行綜合評定。橋梁工程的抗震設(shè)防，既要使震前用于抗震設(shè)防的經(jīng)濟(jì)投入不超過我國當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)能力，又要使地震中經(jīng)過抗震設(shè)計的橋梁的破壞程度限制在人們可以承受的范圍內(nèi)。換言之，需要在經(jīng)濟(jì)和安全之間進(jìn)行合理平衡，這是橋梁抗震設(shè)防的合理安全度原則。

6、抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是衡量抗震設(shè)防要求高低的尺度，由抗震設(shè)防烈度或設(shè)計地震動參數(shù)及橋梁抗震設(shè)防類別確定?？拐鹪O(shè)防烈度是按國家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)作為一個地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度。設(shè)防參數(shù)是指考慮工程抗震設(shè)防時，采用哪種物理量（參數(shù)）來進(jìn)行工程設(shè)防。國內(nèi)外常用的參數(shù)為烈度和地震動參數(shù)兩種。我國頒布了中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖規(guī)定的基本烈度，一般情況下，取50年內(nèi)超越概率10%的地震烈度。對橋址已作過地震安全性評價的橋梁，應(yīng)按批準(zhǔn)的抗震設(shè)防烈度或設(shè)計地震動參數(shù)進(jìn)行抗震設(shè)防。 2.1.2 抗震設(shè)防目標(biāo)2.1.2.1 總目標(biāo)通過抗震設(shè)防，減輕公路橋梁的地震破壞，保證人民生命財產(chǎn)安全，減少經(jīng)濟(jì)損失，更好地發(fā)揮公路交通網(wǎng)在

7、抗震救災(zāi)中的作用。具體具體通過“兩水準(zhǔn)”的抗震設(shè)防要求和“兩階段”的抗震設(shè)計方法實(shí)現(xiàn)。2.1.2.2 “兩水準(zhǔn)”抗震設(shè)防目標(biāo)近幾十年來，美國、日本及我國等國家的地震工程專家先后提出了分類設(shè)防的抗震設(shè)計思想，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。這一抗震設(shè)計思想表示為以下三個要求：在小震（多遇地震）作用下，結(jié)構(gòu)物不許修理，仍可正常使用；在中震（偶遇地震）作用下，結(jié)構(gòu)物無重大損壞，經(jīng)修復(fù)后仍可繼續(xù)使用；在大震（罕遇地震）作用下，結(jié)構(gòu)物可能產(chǎn)生重大破壞，但不致倒塌。我國公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則（JTG/T B02012008）以及城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范（CJJ 1662011）分別兩個等級的地震動參數(shù)：E1

8、地震作用和E2地震作用，進(jìn)行兩個階段的抗震設(shè)計；即：當(dāng)遭受E1地震作用時，一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用。當(dāng)遭受E2地震作用時，應(yīng)保證不致倒塌或產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損壞，經(jīng)臨時加固后可供維持應(yīng)急交通使用。 表1 各設(shè)防類別橋梁的抗震設(shè)防目標(biāo)橋梁抗震設(shè)防類別設(shè)防目標(biāo)E1地震作用E2地震作用A類一般不受損壞或不需要修復(fù)可繼續(xù)使用可發(fā)生局部輕微損傷，不需修復(fù)或經(jīng)簡單修復(fù)可繼續(xù)使用B類一般不受損壞或不需要修復(fù)可繼續(xù)使用應(yīng)保證不致倒塌或產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷，經(jīng)臨時加固后可供維持應(yīng)急交通使用C類一般不受損壞或不需要修復(fù)可繼續(xù)使用應(yīng)保證不致倒塌或產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷，經(jīng)臨時加固后可供維持應(yīng)急交通使用D類一般不受損壞或不需

9、要修復(fù)可繼續(xù)使用“兩階段”的抗震設(shè)計方法我國建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB 500112010）就是采用三水準(zhǔn)設(shè)防、兩階段設(shè)計方法：第一階段設(shè)計取第一水準(zhǔn)的地震動參數(shù)計算結(jié)構(gòu)的彈性地震作用標(biāo)準(zhǔn)值和相應(yīng)的地震作用效應(yīng)，進(jìn)行構(gòu)件截面的承載力驗算，即采用彈性抗震設(shè)計，對部分構(gòu)件進(jìn)行承載力設(shè)計。；第二階段設(shè)計取第三水準(zhǔn)的地震動參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性層間變形驗算，并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，即采用延性抗震設(shè)計方法，并引入能力保護(hù)設(shè)計原則。2.1.2.4 橋梁工程抗震設(shè)計流程橋梁工程在其使用期內(nèi)，要承受多種作用的影響，包括永久作用、可變作用和偶然作用三大類。地震是橋梁工程的一種偶然作用，在試用期內(nèi)不一定會出現(xiàn)，但

10、一旦出現(xiàn)，對結(jié)構(gòu)的影響很大。橋梁工程必須首先確保運(yùn)行功能，即滿足永久作用和可變作用的要求，這是靜力設(shè)計的目標(biāo)。其次。保證橋梁工程在地震下的安全性也非常重要，因此要進(jìn)行抗震設(shè)計。目前，橋梁工程的抗震設(shè)計一般配合靜力設(shè)計進(jìn)行，并貫穿橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的全過程。與靜力設(shè)計一樣，橋梁工程的抗震設(shè)計也是一項綜合性的工作。橋梁抗震設(shè)計的任務(wù)，是選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，并為結(jié)構(gòu)提供較強(qiáng)的抗震能力。具體來說，要正確選擇能夠有效地抵抗地震作用的結(jié)構(gòu)形式，合理地分配結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量和阻尼等的分布，并正確估計地震可能對結(jié)構(gòu)造成的破壞，以便通過結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和其他抗震措施，使損失控制在限定的范圍內(nèi)。橋梁工程的抗震設(shè)計過程一般包括七

11、個步驟，即抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)選定、地震輸入選擇、抗震概念設(shè)計、延性抗震設(shè)計（或減隔震設(shè)計）、地震反應(yīng)分析、抗震性能驗算以及抗震措施選擇，如圖所示。抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)確定地震動輸入選擇抗震概念設(shè)計延性抗震設(shè)計減隔震設(shè)計修改設(shè)計參數(shù)地震反應(yīng)分析不通過抗震性能驗算通過抗震措施結(jié)束其中，虛框中的部分工作量最大，也最為復(fù)雜。如果采用兩級設(shè)防的抗震設(shè)計思想，虛框中的地震反應(yīng)分析和抗震驗算就要做兩次循環(huán)，即對應(yīng)于每一個設(shè)防水準(zhǔn)，進(jìn)行一次地震反應(yīng)分析，并進(jìn)行相應(yīng)的抗震性能驗算，直到結(jié)構(gòu)的抗震性能滿足要求。2.2地震作用及作用效應(yīng)組合（反應(yīng)譜、地震動時程，介紹橋梁場地地震安全性評價（P41），建筑抗震設(shè)計規(guī)范及課本，葉愛君

12、，課件）橋梁場地地震安全性評價地震安全性評價是指對具體建設(shè)工程地區(qū)或場址周圍的地震地質(zhì)、地球物理、地震活動性、地形變化等進(jìn)行研究，采用地震危險性概率分析方法，按照工程應(yīng)采用的分先概率水準(zhǔn)，科學(xué)地給出相應(yīng)的工程規(guī)劃和設(shè)計所需的有關(guān)抗震設(shè)防要求的地震動參數(shù)和基礎(chǔ)資料。地震安全性評價工作一般包括地震危險性分析、場地土層地震反應(yīng)分析和場地的地震地質(zhì)災(zāi)害評價三部分。地震危險性是指某一場地（或某一區(qū)域、地區(qū)、國家）在一定時期內(nèi)可能遭受到的最大地震破壞影響，可以用地震烈度或地面運(yùn)動參數(shù)來表示。目前，場地的地震危險性分析普遍采用概率方法，具體要求包括：查明工程場地周圍地震環(huán)境和地震活動性，判定并劃分出潛在震源

13、的位置、規(guī)模和地震活動頻度，給出可能的真元模式，確定各潛在震源的發(fā)震概率，最后根據(jù)地震動衰減規(guī)律和地震危險性分析的概率模型，計算出場地不同地震動參數(shù)的概率曲線，給出不同概率水準(zhǔn)下的地震動參數(shù)峰值，得到基巖的地震反應(yīng)譜，以及地震持續(xù)時間。將地震危險性分析得到的基巖地震加速度反應(yīng)譜進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到目標(biāo)反應(yīng)譜，進(jìn)一步合并基巖加速度時程，作為場地地震反應(yīng)分析的地震輸入。對于水平層、橫向不均勻性較小的場地，可采用一維剪切模型進(jìn)行場地土層地震反應(yīng)分析，該模型為覆蓋在基巖上的一系列完全理想的已知層后、土特征的水平成層模型。但對于局部地形等影響、橫向不均勻性較大的場地，則需采用二維甚至三維模型進(jìn)行場地土層

14、地震反應(yīng)分析。通過場地的地震反應(yīng)分析，可以得到各土層的地震加速度時程，并進(jìn)一步換算為地震加速度反應(yīng)譜，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后可得到設(shè)計加速度反應(yīng)譜，供工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計采用。進(jìn)一步地，還要以設(shè)計加速度反應(yīng)譜為目標(biāo)，擬合出符合工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要求的地震加速度時程。地震加速度反應(yīng)譜做過地震安全性評價的橋梁場地，可以選取地震安全性評價報告提供的設(shè)計反應(yīng)譜作為地震輸入；而未做場地地震安全性評價的橋梁場地，一般選取現(xiàn)行橋梁抗震規(guī)范規(guī)定的反應(yīng)譜作為地震輸入。由于諸多隨機(jī)因素的影響，使得由不同記錄計算得到的反應(yīng)譜具有很大的隨機(jī)性。為此，各國規(guī)范的反應(yīng)譜一般是根據(jù)很多條地震記錄統(tǒng)計平均后，進(jìn)行一定的平滑處理后得到的。我國

15、公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則采用的反應(yīng)譜是通過對823條水平強(qiáng)震記錄統(tǒng)計分析得到的，并將有效周期成分延長至10s，其對應(yīng)阻尼比為0.05的水平加速度反應(yīng)譜由下式確定：式中,為反應(yīng)譜特征周期（根據(jù)地震動參數(shù)區(qū)域圖選?。?；為結(jié)構(gòu)自震周期；為水平設(shè)計加速度反應(yīng)譜最大值；為地震設(shè)防的重要系數(shù)；為場地系數(shù)；為阻尼調(diào)整系數(shù)；為水平向設(shè)計基本地震動加速度峰值。式中，為結(jié)構(gòu)實(shí)際阻尼比。我國城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范則采用了建筑抗震設(shè)計規(guī)范相同的反應(yīng)譜形式，有效周期成分至6s,分別在區(qū)段和區(qū)段采用不同的下降段，其水平設(shè)計加速度反應(yīng)譜直由下式確定：式中，為反應(yīng)譜特征周期，根據(jù)地震動參數(shù)區(qū)域圖選取，其中計算8、9度E2地震作用時

16、，特征周期宜增加0.05s；為結(jié)構(gòu)的阻尼調(diào)整系數(shù)，阻尼比為0.05時取1.0，阻尼比不等于0.05時按式 計算；為區(qū)段曲線衰減指數(shù)，阻尼比為0.05時取0.9，阻尼比不等于0.05時按式 計算；為區(qū)段直線下降段下降斜率調(diào)整系數(shù)，阻尼比為0.05時取0.02，阻尼比不等于0.05時按式 計算；為結(jié)構(gòu)自震周期；為水平設(shè)計加速度反應(yīng)譜最大值，按式 計算。式中，為結(jié)構(gòu)實(shí)際阻尼比；為E1或E2地震作用下水平向地震動峰值加速度。對于豎向地震作用，我國公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則和城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范均采用豎向地震動加速度反應(yīng)譜由水平向設(shè)計加速度反應(yīng)譜乘以豎向/水平向譜比函數(shù)R得到。其中，基巖場地R取0.65，一般

17、土層場地根據(jù)下式取值；式中，為結(jié)構(gòu)自震周期。地震動加速度時程目前，在橋梁抗震設(shè)計中，地震動加速度時程的選擇主要有三種方法，即直接利用強(qiáng)震記錄、采用人工地震加速度時程和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化地震加速度時程。選擇加速度時程，必須把握住三個特征，即加速度峰值的大小、波形和強(qiáng)震持續(xù)時間。在選擇強(qiáng)震記錄上時，除了最大峰值加速度應(yīng)符合橋梁所在地區(qū)的設(shè)防要求外，場地條件也應(yīng)盡量接近，也就是該地震波的主要周期應(yīng)盡量接近于橋址場地的卓越周期。對于強(qiáng)震持續(xù)時間，原則上應(yīng)采用持續(xù)時間較長的地震記錄。如果能獲得橋址場地附近同類地質(zhì)條件下的強(qiáng)震記錄，則是最佳選擇，應(yīng)優(yōu)先采用。人工地震加速度時程是根據(jù)隨機(jī)振動理論產(chǎn)生的符合所需統(tǒng)計特

18、征（加速度峰值、頻譜特征、持續(xù)時間）的地震加速度時程。生成人工地震加速度時程可以有兩條途徑：一是以規(guī)范設(shè)計反應(yīng)譜為目標(biāo)擬合而成；二是對建橋橋址場地進(jìn)行地震安全性評價，以提供場地的人工地震加速度時程。規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化地震加速度時程由相關(guān)的規(guī)范提供，如日本橋梁抗震規(guī)范就提供了18組扔地震時程記錄共選用。需要特別指出的是，采用地震加速度時程進(jìn)行地震反應(yīng)分析時，一般要選取多組地震加速度時程以供比較分析，如美國AASHTO規(guī)范規(guī)定為5組，我國公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則和城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范均規(guī)定不得少于3組（對于地震反應(yīng)分析結(jié)果，3組須取最大值，7組可取平均值）。2.2.1地震作用地震作用的屬于偶然作用，通常只與永

19、久作用進(jìn)行組合。永久作用通常包括結(jié)構(gòu)重力（恒載）、預(yù)應(yīng)力、土壓力、水壓力，而地震作用通常包括地震動的作用和地震土壓力、水壓力等。進(jìn)行橋梁抗震設(shè)計時，應(yīng)進(jìn)行包括各種作用效應(yīng)的最不利組合。在地震作用下，除了結(jié)構(gòu)內(nèi)力反應(yīng)以外，支座以及梁端等位移反應(yīng)需要特別關(guān)注，為防止發(fā)生支座脫落或橋梁震害，我國城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定在進(jìn)行支座位移驗算時，還應(yīng)考慮50%均勻溫度作用效應(yīng)。2.2.1地震作用效應(yīng)組合按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，作用效應(yīng)S應(yīng)考慮作用效應(yīng)的基本組合，必要時尚應(yīng)考慮作用效應(yīng)的偶然組合。偶然組合公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用某種代表值效應(yīng)（標(biāo)準(zhǔn)值、準(zhǔn)永久值、頻遇值）、一種偶然

20、作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)的組合。偶然作用的效應(yīng)分項系數(shù)取1.0，地震作用標(biāo)準(zhǔn)值按橋梁抗震設(shè)計細(xì)則規(guī)定采用。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：偶然組合的設(shè)計值宜按下列規(guī)定確定偶然荷載的代表值（標(biāo)準(zhǔn)值）不乘分項系數(shù)；與偶然荷載同時出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗采用適當(dāng)?shù)拇碇?。各種情況下荷載效應(yīng)的設(shè)計值公式，可由有關(guān)規(guī)范另行規(guī)定。 按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，作用效應(yīng)Sk 應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計要求，采用作用效應(yīng)的短期效應(yīng)組合、長期效應(yīng)組合。1、 短期效應(yīng)組合永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合。2、長期效應(yīng)組合永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)相組合。2.3橋梁抗震概念設(shè)計地震作用是一種不規(guī)則的循環(huán)往復(fù)荷載

21、，且具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，而橋梁結(jié)構(gòu)的地震破壞機(jī)理十分復(fù)雜。目前人們對地震動和結(jié)構(gòu)地震破話的認(rèn)識尚不充分，因此，要進(jìn)行精準(zhǔn)的抗震設(shè)計很困難。20世紀(jì)70年代以來，人們在總結(jié)地震災(zāi)害經(jīng)驗中提出了“抗震設(shè)計”（conceptual design）的思想，并認(rèn)為它比“數(shù)值設(shè)計”（numerical design）更為重要。抗震設(shè)計概念是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗等獲得的基本設(shè)計原則和設(shè)計思想，正確地解決結(jié)構(gòu)總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以達(dá)到合理抗震設(shè)計的目的。合理的抗震設(shè)計，要求設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)度、剛度和延性的等指標(biāo)上有最佳的組合，使結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防的目標(biāo)?？拐稹案拍钤O(shè)計”是從概念上，特別

22、是從結(jié)構(gòu)總體上考慮抗震的工程決策；“數(shù)值設(shè)計”主要是地震作用計算、構(gòu)件強(qiáng)度驗算、結(jié)構(gòu)和支座變形驗算等。應(yīng)當(dāng)指出，強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計重要，并非不重視數(shù)值設(shè)計，而是為了給抗震計算創(chuàng)造有利條件，使計算分析結(jié)果更能反映地震時結(jié)構(gòu)反應(yīng)的實(shí)際情況。這兩者是相輔相成的，作為一個正確的抗震設(shè)計，必須重視抗震設(shè)計概念設(shè)計，靈活而又合理地運(yùn)用抗震設(shè)計思想。2.3.1橋梁震害調(diào)查與分析橋梁的震害及產(chǎn)生的原因是建立正確的抗震設(shè)計方法，采取有效抗震措施的科學(xué)依據(jù)。國內(nèi)外地震工作者歷來都很重視震害的調(diào)查研究?？梢哉f，橋梁抗震設(shè)計的歷史，也是人類對橋梁震害認(rèn)識的歷史。近20余年發(fā)生的幾次大地震使橋梁結(jié)構(gòu)遭到了嚴(yán)重破壞，但也使我們

23、獲得了關(guān)于結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的極其寶貴的資料，從而可以對抗震設(shè)計理論和設(shè)計方法進(jìn)行檢討、修正和發(fā)展，是橋梁抗震設(shè)計水平不斷的得到提高。大量的震害分析表明，引起橋梁震害的原因主要有死個：所發(fā)生的地震強(qiáng)度超過了抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，這是無法預(yù)料的；橋梁場地對抗震不利，地震引起地基失效或地基變形；橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工錯誤；橋梁結(jié)構(gòu)本身抗震能力不足。從結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的觀點(diǎn)出發(fā)，可以將橋梁震害歸為兩大類，即地基失效引起的破壞和結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈振動引起的破壞。兩者破壞的原因不同：前者屬于靜力作用，是由于地基失效產(chǎn)生的相對位移引起的結(jié)構(gòu)破壞；后者屬于動力作用，是由于振動產(chǎn)生的慣性力引起的破壞。1） 地基失效引起的破壞地基失效指的是由

24、地基喪失承載能力的現(xiàn)象。強(qiáng)烈地震時，地裂縫、滑坡、沙土液化、軟土震陷等，都是使地基產(chǎn)生開裂、滑動、不均勻沉降等，進(jìn)而喪失穩(wěn)定性和承載力，使建造在上面的橋梁結(jié)構(gòu)受到破壞。一般來說，這類破壞現(xiàn)象是人為工程難以抵御的，因此應(yīng)盡量通過場地選擇避免。2） 結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈振動引起的破壞地震時，地面運(yùn)動引起橋梁結(jié)構(gòu)的振動，使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形大幅度地增加，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞甚至倒塌。這類破壞主要源于兩方面的原因：一是結(jié)構(gòu)遭受的地震動強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計預(yù)期的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)語法抵御而破壞，這是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的外因；二是在結(jié)構(gòu)設(shè)計和細(xì)部構(gòu)造以及施工方法上存在缺陷，這是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的內(nèi)因。由于地震動的不確定性和復(fù)雜性，人們目前還無法

25、準(zhǔn)確預(yù)測橋址未來可能發(fā)生的地震動，所以，設(shè)計對地震動特性不敏感的結(jié)構(gòu)就顯得特別重要。 2.3.1.1 上部結(jié)構(gòu)的震害橋梁上部結(jié)構(gòu)的震害，按照震害產(chǎn)生原因的不同，可分為上不結(jié)構(gòu)自身的震害，上不結(jié)構(gòu)的位移震害（包括落梁震害），以及上部結(jié)構(gòu)的碰撞震害。1） 上部結(jié)構(gòu)自身的震害橋梁上部結(jié)構(gòu)自身遭受震害而被毀壞的情況比較少見。在發(fā)現(xiàn)的少數(shù)震害中，主要是鋼結(jié)構(gòu)的局部屈曲破壞。2） 上不結(jié)構(gòu)的位移震害橋梁上部結(jié)構(gòu)的位移震害在破壞性地震中極為常見，這種震害表現(xiàn)為橋梁上不結(jié)構(gòu)的縱向位移、橫向位移以及扭轉(zhuǎn)位移。一般來說，設(shè)置伸縮縫的地方比較容易發(fā)生位移震害。在破壞性地震中，最為常見的是橋梁上部結(jié)構(gòu)的縱向位移和落梁

26、震害。如果上部結(jié)構(gòu)的位移超出了墩、臺等的支承面，則會發(fā)生更為嚴(yán)重的落梁震害。上部結(jié)構(gòu)發(fā)生落梁時，如果撞擊橋墩，還會給下部結(jié)構(gòu)帶來很大的破壞。當(dāng)然，橋梁支座和橋墩的毀壞也會導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的墜落。3） 上部結(jié)構(gòu)的碰撞震害如果相鄰結(jié)構(gòu)的間距過小，在地震中就有可能會發(fā)生碰撞，產(chǎn)生非常大的撞擊力，從而使結(jié)構(gòu)受到破壞。橋梁在地震中的碰撞，比較典型的有：相鄰跨上部結(jié)構(gòu)的碰撞，上部結(jié)構(gòu)與橋臺的碰撞，以及相鄰橋梁間的碰撞。2.3.1.2 支座的震害橋梁支座歷來被認(rèn)為是橋梁結(jié)構(gòu)體系中抗震性能比較薄弱的一個環(huán)節(jié)，在歷次破壞性地震中，支座的震害現(xiàn)象都叫普遍。如在日本阪神地震中，支座損壞的比例達(dá)到了調(diào)查總數(shù)的28%。支座

27、的破壞形式一般表現(xiàn)為支座位移，錨固螺栓拔出、剪斷，活動支座脫落，以及支座本身構(gòu)造上的破壞等。其原因主要是支座設(shè)計沒有充分考慮抗震的要求，連接與支擋等構(gòu)造措施不足，以及某些支座形式和材料本身的缺陷。支座的破壞會引起結(jié)構(gòu)的傳力路徑改變，甚至是中斷，從而對結(jié)構(gòu)其他部位的抗震產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的則會直接導(dǎo)致落梁，進(jìn)一步加重結(jié)構(gòu)震害。因此，支座的震害需要特別關(guān)注。2.3.1.3下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的震害下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的嚴(yán)重破壞時引起橋梁倒塌，并在震后難以修復(fù)使用的主要原因。除了地基毀壞的情況，橋梁墩臺和基礎(chǔ)的震害是由于受到較大的水平地震力，瞬時反復(fù)振動在相對薄弱的界面產(chǎn)生破壞而引起的。1) 橋梁墩柱的震害大量震害

28、資料表明：橋梁結(jié)構(gòu)中普遍采用的鋼筋混凝土墩柱，其破壞形式主要有彎曲破壞和剪切破壞。彎曲破壞時延性的，多表現(xiàn)為開裂、混凝土剝落壓潰、鋼筋裸露和彎曲等，并會產(chǎn)生很大的塑性變形。而剪切破壞時脆性的，伴隨著強(qiáng)度和剛度的急劇下降。比較高柔的橋墩，多為彎曲型破壞；而矮粗的橋墩，多為剪切破壞；介于二者之間的，為混合型。另外，橋梁墩柱的基腳破壞也是一種可能的破壞形式。 墩柱的彎曲破壞橋梁墩柱的彎曲破壞非常常見，在歷次的大地震中都不少。究其原因，主要是約束箍筋配置不足、縱向鋼筋的搭接或焊接不牢等引起的墩柱的延性不足。 墩柱的剪切破壞橋梁墩柱墩柱的剪切破壞也是十分常見的。由于剪切破壞是脆性的。往往會造成墩柱以及上

29、部結(jié)構(gòu)的倒塌，震害較為嚴(yán)重。 墩柱的基腳破壞墩柱基腳的震害相當(dāng)少見，但一旦出現(xiàn)，則可能導(dǎo)致墩梁倒塌的嚴(yán)重后果。2) 框架墩的震害城市高架橋中城建的框架墩，在地震中有不少震害的例子。框架墩的震害主要表現(xiàn)為：蓋梁的破壞，墩柱的破壞，以及節(jié)點(diǎn)的破壞。蓋梁的破壞形式主要有：剪切強(qiáng)度不足（當(dāng)?shù)卣鹆椭亓ΟB加時）引起的剪切破壞，蓋梁負(fù)彎矩鋼筋的過早截斷引起的彎曲破壞，以及蓋梁鋼筋的錨固長度不夠引起的破壞。墩柱的破壞形式與其他墩柱類似，而節(jié)點(diǎn)的破壞主要是剪切破壞。3) 橋臺的震害在歷年的地震中，橋臺的震害較為常見。除了地基喪失承載力（如砂土液化）等引起的橋臺滑移外，橋臺的震害主要表現(xiàn)為臺身與上部結(jié)構(gòu)（如梁）

30、的碰撞破壞，以及橋臺向后傾斜。2.3.1.4基礎(chǔ)的震害橋梁基礎(chǔ)破壞是國內(nèi)外許多震害的重要震害現(xiàn)象之一。大量震害資料表明：地基失效（如土體滑移和砂土液化）是橋梁基礎(chǔ)產(chǎn)生震害的主要原因。2.3.2橋梁抗震設(shè)計原則（卓衛(wèi)東、細(xì)則4.1、葉愛君）合理的抗震設(shè)計，要求設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)度、剛度和延性等指標(biāo)上有最佳的組合，使結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防的目標(biāo)，要達(dá)到這個要求，就需要設(shè)計工程師深入了解對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)有重要影響的基本因素，并具有豐富的經(jīng)驗和創(chuàng)造力，而不僅僅只是按照規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行。以下，介紹抗震設(shè)計應(yīng)盡可能遵循的一些基本原則，這些原則基于歷次的工程結(jié)構(gòu)震害教訓(xùn)和當(dāng)前公認(rèn)的理論認(rèn)識。主要包括：場地

31、選擇，體系的整體性和規(guī)則性，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度與延性的均衡，能力設(shè)計原則和多道抗震防線。2.3.2.1 場地選擇除了根據(jù)地震安全性分析盡量選擇比較安全的場址之外，還要考慮一個地區(qū)內(nèi)的場地選擇。選擇的基本原則是：避開地震時可能發(fā)生地基失效的松軟場地，選擇堅硬場地?；鶐r、堅實(shí)的碎石累地基、硬粘土地基都是理想的場地；飽和松散粉細(xì)沙、人工填土和極軟的粘土地基或不穩(wěn)定的坡地及其影響科技的場所都是文獻(xiàn)地區(qū)。在地基穩(wěn)定的條件下，還可以考慮結(jié)構(gòu)與地基的振動特性，力求避免共振影響；在軟弱地基上，設(shè)計時要注意基礎(chǔ)的整體性，以防止地震引起的動態(tài)的和永久的不均勻變形。2.3.2.2 體系的整體性和規(guī)則性結(jié)構(gòu)的整體性要好

32、。對于橋梁結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能設(shè)計成連續(xù)的。整體性可防止結(jié)構(gòu)結(jié)件即非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時被震散掉落，同時它也是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的基本條件。無論實(shí)在平面或立面上，結(jié)構(gòu)的布置都要力求使幾何尺寸、質(zhì)量和剛度均勻、對稱、規(guī)整，避免突然變化。2.3.2.3 結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度與延性的均衡強(qiáng)度與延性是決定結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計比能力的兩個重要參數(shù)。只重視強(qiáng)度而忽視延性絕對不是良好的抗震設(shè)計。一般而言，結(jié)構(gòu)具有的延性水平越高，相應(yīng)的設(shè)計地震力可以取得越小，結(jié)構(gòu)所需的強(qiáng)度也越低；反過來，結(jié)構(gòu)具有的強(qiáng)度越高，結(jié)構(gòu)所需具備的延性水平則越低。必須認(rèn)識到，所選擇的延性水平將直接影響到結(jié)構(gòu)的地震破壞程度。這是因為結(jié)構(gòu)延性的發(fā)揮即意味著結(jié)構(gòu)在設(shè)計地震動作用下將經(jīng)歷若干次反復(fù)的彈塑性變形循環(huán)，也即意味著結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)一定程度的破壞。一般情況下，結(jié)構(gòu)經(jīng)歷的非彈性變形越大，其破壞程度也越高。因此，在設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)在三個hi強(qiáng)度和延性水平之間取得適當(dāng)?shù)木狻?.3.2.4 能力設(shè)計原則傳統(tǒng)的靜力設(shè)計思想認(rèn)為，理想的設(shè)計是使結(jié)構(gòu)各構(gòu)件都具有近似相等的安全度，即結(jié)構(gòu)中不要存在局部的薄弱環(huán)節(jié)。但由于結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的重要程度并不相同，實(shí)際上即使是對于靜力設(shè)計而言，等安全度設(shè)計思想也并不合適，對于抗震設(shè)計，則更是存在嚴(yán)重的缺陷。能力設(shè)計思想